用于燃料电池系统的启动燃烧器技术方案

本发明专利技术涉及用于燃料电池系统(1000a；1000b)的启动燃烧器(100a；100b)，其具有：包括催化器入口(11)和催化器出口(12)的催化器(10)，其中在所述催化器入口(11)与催化器出口(12)之间设有催化区域(13)，催化区域(13)在从催化器入口(11)到催化器出口(12)的贯穿方向(D)上被催化器壁(14)包围；用于将工作流体(F1)供应给催化器入口(11)的工作流体引导部(20)，其中该工作流体引导部(20)在催化器(10)外至少在局部沿该催化器壁(14)布置。本发明专利技术还涉及具有该启动燃烧器(100a；100b)的燃料电池系统(1000)以及用于加热在该燃料电池系统(1000a；1000b)中的工作流体(F1)的方法。

Start-up burner for fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池系统的启动燃烧器
本专利技术涉及用于燃料电池系统尤其是SOFC系统的启动燃烧器、具有启动燃烧器的燃料电池系统以及用于加热燃料电池系统内的工作流体的方法。
技术介绍
在现有技术中知道了用于各种不同燃料电池系统的各种不同的启动燃烧器。从DE10237744A1中得知一种具有启动燃烧器的燃料电池系统，启动燃烧器被装入燃烧器壳体中。在燃烧器壳体中，旁流空气可以在启动燃烧器外沿行流动，随后其与流出启动燃烧器的热气体一起进入混合区。在混合区中，旁流空气尽量均匀地与热气体混合以作为温度受控的热气流流出并加热燃料电池系统。温度控制可以通过相应配给所输入的旁流空气且或许还通过适当地配给被供给启动燃烧器的空气和燃料如含烃燃料来进行。通过沿着启动燃烧器引导旁流空气，启动燃烧器的周围环境可针对启动燃烧器生成的高温而得到防护。尽管启动燃烧器通过所示的旁流空气引导而被冷却，但从所提到的专利申请并没有得到可如何应对所述问题的解决方案。DE10055613A1示出一种在燃料电池系统中的启动燃烧器，其中，该启动燃烧器以双管燃烧器形式构成。双管燃烧器具有两个相互同心设置的管路部段，即一个内管路部段和一个外管路部段。在内管路部段的上游设置有用于将燃料喷入内管路部段中的燃料喷射器。用于点燃被燃料喷射器喷入内管路部段中的燃料的点火塞位于内管路部段中。在内管路部段的下游可以设置催化反应器。通过空气环绕内管路部段流动可以实现灼热的内管路部段的隔热。但在这种系统中也成问题的是，被供给内管路部段以便在其中燃烧的空气相对较冷。单独预热所供应的空气牵扯到相应的附加成本和就启动燃烧器的或燃料电池系统的运行而言的效率损失。
技术实现思路
本专利技术的任务是至少部分消除前述缺点。本专利技术的任务尤其是提供一种改进的用于预热燃料电池系统的启动燃烧器。前述任务通过权利要求来完成。尤其是，前述任务通过根据权利要求1的启动燃烧器、根据权利要求17的燃料电池系统以及根据权利要求18的方法来完成。本专利技术的其它优点来自从属权利要求、说明书和附图。在此，关于启动燃烧器所描述的特征和细节显然也与本专利技术的燃料电池系统、本专利技术的方法相关地是适用的，反之亦然，因此，关于对一些专利技术方面的公开内容总是相互参照或可以相互参照。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于燃料电池系统尤其是SOFC系统(SOFC代表固态氧化物燃料电池)的启动燃烧器。启动燃烧器具有催化器，其具有催化器入口和催化器出口，其中在催化器入口与催化器出口之间形成催化区域，该催化区域在从催化器入口至催化器出口的贯穿方向上被催化器壁包围。启动燃烧器还具有用于将工作流体供应至催化器入口的工作流体引导部。根据本专利技术，该工作流体引导部在催化器外至少局部沿催化器壁布置。因此，工作流体引导部设计用于在催化器外沿催化器壁将工作流体引向催化器入口。由此可以实现例如呈空气的工作流体沿催化器壁或沿催化器壁的外壁部被引向催化器入口。由此可以形成有利的隔热层，可借此催化器周围环境可针对在催化器内生成的高温而得到保护。另外，贴沿催化器壁被引导的空气可以通过催化器被加热。所述热在本专利技术的启动燃烧器中被送入催化器中。这导致催化器内的高效燃烧。在本专利技术范围内，出乎意料地证明了工作流体或者说空气被催化器加热没有不利地影响到或几乎没有不利地影响到催化器内的燃烧。就是说，将变热的工作流体供给催化器所带来的优点明确无疑地战胜了催化器可能被旁流工作流体冷却所带来的可能缺点。因此，在本专利技术的启动燃烧器中的工作流体引导部可以完成前述的有利的双重功能。通过根据本专利技术的在催化器上游的工作流体预热，催化器能以很高的工作效率运行。可由催化器产生的热效率相应高。通过在催化器外沿催化器壁或在催化器旁布置工作流体引导部，可以很紧凑地提供启动燃烧器。这尤其在启动燃烧器例如在汽车领域内的移动应用中是有利的。在此，启动燃烧器尤其是指用于加热燃料电池系统的补燃器的启动燃烧器，补燃器又被提供用于加热燃料电池系统的重整器。在燃料电池系统冷启动情况下，当补燃器尚冷且因此不适于加热燃料电池系统的重整器时，可以通过启动燃烧器来预热补燃器。一旦补燃器通过燃料电池系统运行处于工作温度，则启动燃烧器可被停用。因为在启动燃烧器中使用的催化器，可以放弃例如呈点火塞形式的附加点火部件。由此可以节约相应的费用。催化器壁不必紧邻催化区域。即，可行的是，至少在局部在催化区域与催化器壁或者说催化器壁内壁部之间形成间隙。工作流体引导部优选沿该催化器壁的外壁部布置。催化器外壁部在此情况下可以表现为工作流体引导部的内壁部。但根据本专利技术还可行的是，工作流体引导部的外壁部布置在催化器壁的外壁部上，或甚至与催化器壁略微间隔。根据本专利技术启动燃烧器的各种应用变型方案，其可以通过其系统结构简单地同时用作补燃器或作为补燃器运行。根据本专利技术的一个改进方案而可行的是，该工作流体引导部沿催化器壁规定了工作流体的引导方向，在此，引导方向至少在局部平行于或以锐角、且逆向于贯穿方向延伸。即，工作流体引导部设计用于沿着和/或在催化器壁旁且朝向催化器入口引导工作流体。这在启动燃烧器结构紧凑的情况下允许高效加热或预热工作流体，尤其在如下情况下，引导方向平行于或基本平行于贯穿方向延伸。工作流体引导部规定了工作流体的最好沿催化器壁的外壁部的引导方向。工作流体引导部优选至少从在催化器出口的一个区域到在催化器入口的一个区域地沿着催化器壁形成。就是说，工作流体引导部如下沿着催化器壁形成：使得工作流体在催化器出口区域内可被引向催化器壁或催化器壁的外壁部并从那里沿着催化器壁或在其旁边可被引向催化器入口。因此，工作流体引导部针对工作流体规定了引导方向，其在催化器外且沿着催化器壁与贯穿方向反向地或至少基本或有时反向地尤其从在催化器出口的区域至在催化器入口的区域地延伸。可能进一步有利的是，在本专利技术的启动燃烧器中该催化器壁至少在局部设计成空心柱形并且该工作流体引导部至少部分呈环形、至少局部环绕催化器壁地形成。通过围绕催化器壁呈环形构成工作流体引导部，一旦工作流体被引导经过工作流体引导部，在催化器生成的热就可以被有效地与催化器周围环境屏蔽开。此外，可以通过工作流体引导部的环形设计结构提供在工作流体引导部与催化器壁之间的大接触区或大接触面。由此当工作流体被引向催化器入口时，工作流体可以通过相应大的面积被加热。由此一来，可以实现工作流体的有效预热。催化器和工作流体引导部可以说至少在局部相互同心地或基本相互同心地布置。在这里，该环形不局限于圆环形。因此，该工作流体引导部也可以设计成呈椭圆形或多边形环绕催化器壁或者说至少部分环绕催化器壁。部分环形设计可以是指工作流体引导部设计成U形或C形。还可行的是，在本专利技术的启动燃烧器中，该工作流体引导部至少在局部直接或基本直接安置在催化器壁上，或者催化器壁被设计成在工作流体引导部与催化区域之间的分隔壁。由此，很节省地方地提供启动燃烧器。如果催化器壁作为在工作流体引导部与催化区域之间的分隔壁构成，则可以放弃在工作流体引导部中的壁部。由此，不仅可以紧凑地提供启动燃烧器，也能以轻重量以及相应的低成本提供启动燃烧器。在此情况下，工作流体引导部可以作为壳体组成部分来提供，催化器至少部分位于壳体内。“直接将工作流体引导部安置在催化器壁上”在此可以是指：工作流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池系统(1000a；1000b)的启动燃烧器(100a；100b)，具有：‑包括催化器入口(11)和催化器出口(12)的催化器(10)，其中，在所述催化器入口(11)与所述催化器出口(12)之间设有催化区域(13)，该催化区域(13)在从所述催化器入口(11)到所述催化器出口(12)的贯穿方向(D)上被催化器壁(14)包围，和‑用于将工作流体(F1)供应给催化器入口(11)的工作流体引导部(20)，其特征是，该工作流体引导部(20)在催化器(10)之外至少在局部沿该催化器壁(14)布置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.09 AT A50108/2017;2017.02.09 AT A50109/2011.一种用于燃料电池系统(1000a；1000b)的启动燃烧器(100a；100b)，具有：-包括催化器入口(11)和催化器出口(12)的催化器(10)，其中，在所述催化器入口(11)与所述催化器出口(12)之间设有催化区域(13)，该催化区域(13)在从所述催化器入口(11)到所述催化器出口(12)的贯穿方向(D)上被催化器壁(14)包围，和-用于将工作流体(F1)供应给催化器入口(11)的工作流体引导部(20)，其特征是，该工作流体引导部(20)在催化器(10)之外至少在局部沿该催化器壁(14)布置。2.根据权利要求1所述的启动燃烧器(100a；100b)，其特征是，该工作流体引导部(20)沿着催化器壁(14)规定了工作流体(F1)的引导方向(R)，其中，该引导方向(R)至少在局部平行于或以锐角地且反向于贯穿方向(D)地延伸。3.根据前述权利要求之一所述的启动燃烧器(100a；100b)，其特征是，该催化器壁(14)至少在局部以空心柱形构成，且该工作流体引导部(20)至少部分呈环形地至少在局部环绕催化器壁(14)构成。4.根据前述权利要求之一所述的启动燃烧器(100a；100b)，其特征是，该工作流体引导部(20)至少在局部直接或基本直接布置在该催化器壁(14)上，或者该催化器壁(14)作为所述工作流体引导部(20)与所述催化区域(13)之间的分隔壁来构成。5.根据前述权利要求之一所述的启动燃烧器(100b)，其特征是，该工作流体引导部(20)具有用于引导工作流体的流动横截面，其中，在该流动横截面内设计至少一个流体引导件(15)，用于按规定干预在工作流体引导部(20)内的工作流体(F1)的流动。6.根据权利要求5所述的启动燃烧器(100b)，其特征是，该至少一个流体引导件(15)在所述催化器壁(14)上形成，尤其设计成催化器壁(14)的一体组成部分。7.根据前述权利要求之一所述的启动燃烧器(100a)，其特征是，在工作流体流动方向上，在所述工作流体引导部(20)的一端部与所述催化器入口(11)之间设有穿孔的分隔部(60)，通过该分隔部(60)能够将工作流体(F1)从所述工作流体引导部(20)引向所述催化器(10)。8.根据权利要求7所述的启动燃烧器(100a)，其特征是，该穿孔的分隔部(60)设计成漏斗状或基本呈漏斗状。9.根据权利要求7或8所述的启动燃烧器(100a)，其特征是，该穿孔的分隔部(60)邻接该催化器壁(14)的一端部，其中，该催化器壁(14)在所述催化器入口(11)的区域内具有比所述催化区域(13)更大的横截面，并且该催化器壁(14)从该区域起在该贯穿方向(D)上至少在该催化区域(13)的局部范围内，是与该催化区...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格·马斯，迈克尔·赖西格，托马斯·克劳斯，朱利安·马金森，贝恩德·赖特尔，文森特·劳勒，矢口竜也，野田哲史，盐见岳史，
申请(专利权)人：AVL李斯特有限公司，日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT